Cubo LED. Cubo LED DIY Diagrama de cubo LED 4x4x4
¿Cómo funciona la escultura decorativa LED? ¿Es posible montarlo usted mismo? ¿Cuántos LED necesitas y qué necesitas además de ellos? Encontrarás la respuesta a todas estas preguntas en este artículo.
Cubo LED: lo que necesita para el autoensamblaje
Si te gustan los proyectos de bricolaje o te gusta jugar con circuitos electrónicos, intenta montar un cubo LED con tus propias manos. Primero debes decidir las tallas. Una vez que comprenda cómo funciona el dispositivo, puede actualizar el circuito con más o menos LED.
Cubo LED con caras para 8 diodos
Veamos cómo funciona esto usando el ejemplo de un cubo con un lado de 8 LED. Este cubo puede resultar intimidante para los principiantes, pero si tienes cuidado al estudiar los materiales, lo dominarás fácilmente.
Para montar el cubo led 8x8x8 necesitarás:
- 512 LED (por ejemplo 5 mm);
- registros de desplazamiento STP16CPS05MTR – 5 uds.;
- microcontrolador para control, ver Arduino Uno o cualquier otra placa;
- ordenadores para programación de sistemas;
Principio de funcionamiento del circuito.
Los LED pequeños de 5 mm consumen una corriente insignificante de 20 mA, pero iluminarás muchos de ellos. Una fuente de alimentación de 12V y 2A es perfecta para esto.
No podrá conectar todos los 512 LED individualmente porque es poco probable que encuentre un microcontrolador (MK) con tantos pines. La mayoría de las veces, hay modelos en cajas con un número de patas de 8 a 64. Naturalmente, puede encontrar opciones con una gran cantidad de patas.
¿Cómo conectar tantos LED? ¡Elemental! Un registro de desplazamiento es un chip que puede convertir información de paralelo a serie y viceversa, de serie a paralelo. Al convertir serie a paralelo, obtendrá 8 o más pines de señal de un pin de señal, dependiendo de la capacidad del registro.
A continuación se muestra un diagrama que ilustra el principio de funcionamiento de un registro de desplazamiento.
Cuando suministra un valor de bit, es decir, cero o uno, a la entrada de datos en serie, se transmite a lo largo del borde de la señal del reloj a la salida paralela número 0 (no olvide que en la electrónica digital la numeración comienza desde cero).
Si en el primer momento hubo uno, y luego dentro de tres pulsos de reloj configura la entrada a potencial cero, como resultado de esto obtendrá el estado de entrada "0001". Puede ver esto en el diagrama de las líneas Q0-Q3: estos son cuatro bits de salida en paralelo.
¿Cómo aplicar este conocimiento en la construcción de un cubo LED? El hecho es que puede utilizar un registro de desplazamiento no del todo común, sino un controlador especializado para pantallas LED: STP16CPS05MTR. Funciona según el mismo principio.
¿Cómo conectar LED?
Por supuesto, el uso de un controlador no resolverá por completo los problemas asociados con la conexión de una gran cantidad de LED. Para conectar 512 LED, necesitará 32 de estos controladores e incluso más patas de control del microcontrolador.
Entonces iremos al revés y combinaremos los LED en filas y columnas, para obtener una matriz bidimensional. El cubo de hielo ocupa los tres ejes. Una vez finalizada la idea de combinar un cubo de LED de 8x8x8 en el que los LED se combinan en grupos, podemos llegar a la siguiente conclusión:
Combine capas de LED (pisos) en circuitos con un ánodo común (cátodo) y columnas en circuitos con un cátodo común (o ánodo, si los cátodos se combinaron en pisos).
Para controlar un diseño de este tipo se necesitan 8 x 8 = 16 pines de control por columna, y uno para cada piso, también hay 8 pisos en total. En total, se necesitan 24 canales de control.
El bloque de entrada recibe una señal de tres pines del microcontrolador.
Para encender el LED requerido, por ejemplo, ubicado en el primer piso, el tercero en la primera fila, debe aplicar un menos a la columna número 3 y un más al piso número 1. Esto es cierto si ha ensamblado pisos con un ánodo común y las columnas, un cátodo. Si es al revés, las tensiones de control deben invertirse correspondientemente.
Para que le resulte más cómodo soldar un cubo de LED, necesita:
Para que el cubo de LED funcione correctamente es necesario ensamblarlo en capas con un cátodo común y las columnas con un ánodo. Conecte a los pines Arduino lo que se indica en el diagrama como entrada en la siguiente secuencia:
| Número de pin de Arduino. | Nombre de la cadena |
|---|---|
| 2 | L.E. |
| 3 | IDE |
| 5 | CLK |
¿Qué pasa si no tengo esas habilidades?
Si no confía en sus habilidades y conocimientos de electrónica, pero desea una decoración de este tipo para su escritorio, puede comprar un cubo ya hecho. Para quienes gustan de hacer manualidades electrónicas sencillas, existen excelentes opciones más sencillas con bordes de 4x4x4.
Cubo con cara tamaño 4 diodos. Los kits de montaje listos para usar se pueden comprar en tiendas con componentes de radio, así como en una gran selección en Aliexpress.
El ensamblaje de un cubo de este tipo desarrollará las habilidades de soldadura, la precisión, la corrección y la calidad de las conexiones del radioaficionado novato. Las habilidades para trabajar con microcontroladores serán útiles para futuros proyectos y, con la ayuda de Arduino, podrá aprender a programar juguetes sencillos, así como herramientas de automatización para la vida cotidiana y la producción.
Desafortunadamente, debido a las peculiaridades del lenguaje de programación Arduino - sketch, existen algunas limitaciones en términos de rendimiento, pero créanme, cuando llegue al techo de las capacidades de esta plataforma, lo más probable es que domine el trabajo con MK "puros". no le causará ninguna dificultad significativa.
- El módulo se alimenta desde el módulo Arduino Nano o desde una fuente de alimentación externa (5 voltios) conectada al conector del tablero de control.
- Al final resultó que, los circuitos de varios fabricantes de módulos similares a Arduino difieren del Arduino NANO original. Tomamos esto en cuenta al desarrollar la extensión propuesta. El módulo del microcontrolador original está instalado en los conectores izquierdos y, por ejemplo, en los conectores derechos está instalado un módulo con la marca registrada DFRduino. Las diferencias entre los módulos se pueden encontrar en nuestro diagrama.
- Casi cualquier mando a distancia por infrarrojos de la casa puede controlar tu cubo.
información adicional
Breve descripción de librerías para LED CUBE 4x4x4
Creamos una biblioteca para el lenguaje WIRING especialmente para este proyecto.
MP1051.Init() - inicialización inicial
MP1051.Brightness(B) - configuración del brillo de los LED, B=0...32
MP1051.Set(D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7,D8) - control de LED capa por capa, D1-D2 - primera capa (A1), D7-D8 - cuarta capa (A4)
MP1051.IR(T): esperando un comando de control remoto IR durante T ms. Devuelve: 0 - no hubo ningún comando, 1 - comando aceptado, 2 - repetición aceptada
MP1051.IRAdr() - devuelve la dirección del envío IR
MP1051.IRData() - devuelve el comando de envío IR
Procedimiento de montaje de un cubo LED 4x4x4.
En primer lugar, es necesario preparar los cables del LED.
Paso 1. Doble el corto 90 grados.
Paso 2. Con unas pinzas, dale forma al corto de modo que mida 3 mm. El paso entre las terminales ha aumentado.
Paso 3. Ahora, dobla el largo hacia un lado.
Para facilitar acciones posteriores, busque 4 tornillos M3 con tuercas y fíjelos en los orificios de las esquinas del tablero de control. Bueno, si no hay tornillos, entonces te salvarán cuatro pinzas para la ropa idénticas unidas a las esquinas del tablero.
Instale los LED moldeados en los orificios del tablero. Primera fila primero.
Suelde los cables largos juntos.
Luego la segunda capa.
Suelda los largos de la segunda fila. En el tercero y cuarto.
Los cables largos de los LED más externos de cada fila sobresalen más allá del borde del tablero. Dóblalos con cuidado a lo largo del tablero y suéldalos.
Resultó ser una capa de 4 x 4.
Puedes nivelarlo con trozos de alambre adicionales.
Hacemos cuatro capas. Instalamos con cuidado la primera capa en el tablero de control, insertando los cables del LED en los orificios L11-L14, L21-L24, L31-L34, L41-L44. En primer lugar, soldamos los terminales de las esquinas. Alineamos la capa en un plano en las esquinas, calentando los cables con un soldador y moviéndolos hacia arriba y hacia abajo (si es necesario). Una vez que esté seguro de que los LED de las esquinas están en el mismo plano, suelde los cables restantes.
La segunda capa está soldada a la primera. Corto lleva a corto. Mire la Fig. 10 en el lado derecho, los puntos de soldadura son claramente visibles en la columna extrema.
Este artículo describe cómo crear un cubo LED 4x4x4 usando Arduino. Arduino (Freeduino) tiene 20 pines (junto con los pines ADC), por lo que puedes prescindir de registros de desplazamiento.
Lista de elementos
1. 64 LED
2. 16 resistencias
3. 1 Arduino (yo usé Freeduino)
4. 1 placa de desarrollo
5. Soldador
6. Taladro
7. Pedazo de madera
selección de LED
Los LED vienen en diferentes formas, tamaños y colores. Necesitamos LED de brillo difuso. Con ellos, el cubo lucirá hermoso por todos lados, porque... Los LED difusos brillan en todas direcciones, mientras que los LED no difusos brillan principalmente hacia arriba. Decidí utilizar LED superbrillantes de 5 mm. Los LED de 3 mm quedan bien en cubos más grandes y son demasiado pequeños para esto, pero puedes usarlos si quieres. Compré LED que no se difunden y tuve que afilarlos cada uno con papel de lija.
Antes de montar el cubo, recomiendo probar cada LED. Simplemente aplíquele +5V a través de una resistencia. Si el cubo está fabricado con un LED defectuoso, puede resultar difícil reemplazarlo. La mayoría de los LED tienen un cable positivo (ánodo) más largo que un cable negativo (cátodo). También puedes sostener el LED hacia la luz y se verán dos piezas de metal. El más pequeño es el terminal positivo (ánodo). Lea más sobre los LED.
Cálculo de resistencia
El valor de la resistencia dependerá del tipo de LED que tengas. Usando la ley de Ohm U = IR podemos calcular la resistencia. Necesitamos conocer la corriente operativa máxima y la caída de voltaje en el LED. Mis LED tienen una caída de voltaje de 3,4 V y una corriente máxima de 20 mA. Los pines de Arduino son de 5V y obtenemos (5-3,4) / 0,020 = 80. Obtuvimos un valor de 80 Ohm. Para prolongar la vida útil del LED, utilicé resistencias de 100 ohmios. Puedes calcular la resistencia de un LED en.
Principio básico del cubo.
El cubo de 4x4x4 contendrá 64 LED dispuestos en 16 columnas y 4 capas horizontales. Los ánodos (+) de todos los LED de cada columna están conectados entre sí. Las capas constan de cátodos LED conectados. Para controlar los LED, debe aplicar 5V a la columna requerida y GND a la capa horizontal requerida. Para evitar la sobrecorriente, solo se puede ejecutar una capa y una columna a la vez. Para iluminar varios LED o todo el cubo a la vez, usaremos indicación dinámica, es decir. cámbielos con una frecuencia mayor que la percibida por una persona. Por ejemplo, si necesita encender el tercer LED en la cuarta columna, debe aplicar ALTO (5 V) a la columna y BAJO (0 V) a la capa.
hacer una plantilla
Para montar un bonito cubo simétrico, necesitamos una plantilla. Se trata de un trozo de tabla con agujeros perforados a distancias iguales. Para crear una plantilla necesitaremos un trozo de tabla, taladros y herramientas de medición. La distancia entre los agujeros está determinada por la longitud del cátodo LED doblado. La longitud del cátodo doblado de mi LED es de aproximadamente 25 mm, por lo que tomé la distancia entre los LED como de aproximadamente 23 mm. El tamaño de los orificios debe seleccionarse de modo que el LED no quede ni demasiado apretado ni demasiado flojo.
Hacer capas de cubos
Con una plantilla en mano, podemos empezar a montar las capas. Intenta no sobrecalentar los LED, porque... esto puede conducir a su fracaso.
Comience con un LED de esquina y apunte su cátodo doblado fuera del cubo. Luego coloque y suelde el siguiente LED en línea con el cable que sobresale. Luego suelde otra línea. Haz 4 capas de esta manera.
Una vez que tengamos todas las capas, podemos empezar a montar el cubo. Coloque una de las capas en la plantilla y doble ligeramente los extremos superiores de los cables que sobresalen. Sueldeles la siguiente capa de LED. Para mantener las distancias entre capas utilicé una goma de borrar reducida al tamaño deseado. Suelde las 4 capas juntas de esta manera.
La base
Usé una placa de pruebas para la base del cubo. También se le colocaron resistencias. Esta parte del proyecto no se ve muy bien porque... Estaba en un apuro. Puedes hacerlo mucho mejor.
Marco
Me cansé de los cables que colgaban constantemente y decidí hacer una carcasa. Hice el cuerpo con aglomerado y la tapa del cubo con acrílico. Pinté la PCB y el aglomerado para mejorar la apariencia. No tenía herramientas para cortar acrílico, así que decidí usar un cortador casero. Con su ayuda, se dibujan varias líneas a lo largo del acrílico, según las cuales se rompe.
firmware
Crear el firmware puede llevar algún tiempo, especialmente si eres principiante, porque... Hay bastantes buenos libros sobre programación. Tenía poco tiempo, por lo que no hice firmware muy complejo. Sin embargo, logré hacer varios programas y mirándolos te resultará más fácil entenderlo todo. Mi firmware se adjunta a continuación.
Publicado el 05/08/2011
Otro juguete LED sencillo, pero no menos impresionante que un cubo LED o. Puedes ver un vídeo de lo ocurrido aquí mismo.
Puedes encontrar muchas cosas similares y más interesantes en Youtube. La parte más valiosa es un cubo ensamblado con LED. Construiremos un cubo simple con dimensiones frontales de LED de 4x4x4. Aquellos. Necesitamos 4x4x4=64 LED brillantes de cualquier color. Quería hacer un cubo de 8x8x8, pero necesitaría 512 LED. Teniendo en cuenta el costo de los LED, es un poco caro para un juguete simple, comencemos con un simple 4x4x4.
¿Cómo funciona un cubo?
No podemos iluminar todos los LED a la vez; necesitamos muchas patas de microcontrolador. Por lo tanto, es más fácil hacerlo: encienda un "piso" de LED uno por uno. El ojo humano es inerte y no puede detectar un cambio tan rápido, y nos parece que los LED de todos los pisos están encendidos. Pero al mismo tiempo es necesario comprender que cada piso de LED individual se quema no todo el tiempo, sino durante el período que se le ha asignado. Periodo de iluminación 1/número de plantas. En nuestro caso 4. Es decir El brillo del resplandor será 1/4 del nominal. Por eso elegimos LED superbrillantes; de lo contrario, habríamos acabado con un cubo pálido.
Tabla de control
En el tablero de control, el microcontrolador ATMega8 es responsable de la lógica de funcionamiento, un par de microcircuitos: registros de desplazamiento para enviar señales a los "pilares" y 4 interruptores de transistores que encienden el piso de LED deseado. El microcontrolador envía el número requerido a los registros de desplazamiento y luego enciende el interruptor del transistor deseado, iluminando el piso deseado. Luego se repite la operación para cada “piso”.
La placa tiene un conector para conectar el cubo a una computadora a través de un módulo. Por lo tanto, puedes hacer que el cubo brille según los comandos de la computadora. Sin embargo, el cubo funciona muy bien sin una computadora, aunque luego solo podrá desplazarse por la "película" conectada a su memoria, pero esto, por regla general, es más que suficiente.
El cubo se puede alimentar desde el puerto USB de una computadora. Esto es conveniente cuando se conecta a una computadora. Lo encendí por separado, ya que se planeó hacer un dispositivo separado. En el video puede ver una placa separada para un estabilizador de voltaje simple de 5 V, que se alimenta con 12 V desde una fuente de alimentación externa. Dado que al mismo tiempo no se pueden encender un máximo de 64 LED, sino solo 16, su consumo total de corriente (a razón de 20 mA para cada LED) es 16 * 20 = 320 mA. Lo que está permitido para un puerto USB.
Conjunto de cubo LED
Los LED se sueldan de tal manera que una de las patas se conecta a las patas de otros LED verticalmente, formando un “pilar”, y la otra pata se conecta a todos los LED en un plano (en el “piso”). Soldamos los cables al cubo, uno al poste (16 uds.) y uno a cada piso (4 uds.). Estos 20 cables controlan el cubo. El cubo está conectado al tablero de la siguiente manera:
Interfaz de computadora
La comunicación con la placa se realiza a través de un puerto COM cuando se utiliza un módulo y mediante un puerto COM virtual cuando se utiliza UART-USB. En ambos casos, este es un puerto COM para la computadora. Por tanto, no hay problemas con el desarrollo de software.
Software para crear y reproducir efectos.
Para simplificar el trabajo de creación de diversos efectos de iluminación, se creó un sencillo software Flash: . Con su ayuda, puedes crear varios efectos y guardar el archivo. Un archivo es una secuencia simple de números que se puede insertar en el código fuente, compilar y producir firmware con sus propios efectos. Además, este archivo se puede reproducir en un cubo conectado a una computadora mediante un sencillo programa escrito en Delphi. Se puede descargar un ejemplo aquí.
Esta idea me vino a la mente de forma espontánea; hasta el otoño de este año ni siquiera podía imaginar que la gente estuviera haciendo algo similar en la vida. De hecho, un profesor de diseño de circuitos me dijo que esos “cubos” existen y sugirió tomar este tema como trabajo de curso.De cara al futuro, me gustaría decir que no es necesario pensar en la cantidad de trabajo como algo colosal. Al contrario, tuve que hacer muy poco, pero los que piensan: “Ja, lo haré en un par de días”, prepárense para lo contrario. Y el proceso en sí implica un trabajo no peor que escribir algún código de programa...
Viendo las obras pequeñas, de 3x3x3, 4x4x4 y 5x5x5, poco a poco me di cuenta de que cuanto más grandes, mejor.
Hito #1:
Si no has trabajado antes con un soldador, primero date cuenta de que necesitarás soldar todas las patas de los LED, esto es 2 * 512, no tan poco. Así que practica con algunos gatos.
Internet está lleno de instrucciones sobre este tema. Pero de principio a fin, creo que lo vi solo en instructables.com, y diré de inmediato que de alguna manera es demasiado detallado en términos de todo. Yo personalmente usé dos veces menos componentes. Naturalmente, el equipamiento resultó ser más sencillo. Como resultado, para nuestro juguete pequeño nosotros necesitamos:
512 LED ($6 - aliexp)
- 5 chips especiales para LED STP16CPS05MTR ($9 - aliexp)
Naturalmente, es más rentable adquirir dichas piezas en lotes.
- 8 transistores BD136 pnp (los análogos domésticos también son adecuados)
- 5 resistencias de 1kOhm (potencia de funcionamiento 2 W)
- 5 condensadores de 10uF (tensión de funcionamiento 35-50 V)
- cables de conexión (unos 10 m, teniendo en cuenta los fallos), soldadura y todo lo que sea divertido
Es hora de empezar a hacer el diseño.
Cogemos un taladro, una regla, hacemos una malla de 8x8 (lo principal es no hacer un 8x9 como yo) sobre cualquier cosa, ya sea espuma, una tabla de madera o algo más. Y taladre con cuidado agujeros para los LED.Hito #2:
La palabra clave es “con cuidado”, un par de milímetros hacia la izquierda o hacia la derecha, y al final tendrás un cubo torcido.
Una vez completado este paso, inserte los LED en las celdas y siga la siguiente regla:
A) Todos los ánodos deben estar a la izquierda y los cátodos a la derecha. O viceversa. Como tu prefieras.
b) La primera fila desde arriba debe contener LED en ángulo:
Usando este principio, conectamos los cátodos (-). Donde esté marcado con una línea de puntos, coloque algún tipo de cable para que la capa quede bien sujeta en ambos lados.
Sosteniendo esta delicada capa, puede parecerle que está a punto de desmoronarse, pero de hecho, cuando comience a unir las capas, esta estructura se puede arrojar de manera segura al piso y lo más probable es que nada se deshaga.
Resumen de la primera capa.
Antes de comenzar a soldar la segunda capa, debe tomar y doblar todos los ánodos de la siguiente manera:
Conectando varias capas
Hito #3:
Principiantes, utilicen una pasta de soldadura (fundente) especial si trabajan con cables, de esta manera se ahorrarán muchos nervios (no como la primera vez).
Cuando estás un poco cansado
Entonces, después de haber soldado 64 cables a los ánodos que obtuvimos "en la parte inferior", podemos proceder al circuito electrónico en sí.
Vemos que las salidas de nuestros microcircuitos en ambos lados van a los ánodos comunes de las columnas del cubo, y en el quinto multiplexamos las capas de control a través de transistores. Parece que no todo es complicado: se envía una señal a determinadas columnas y capas y obtenemos un par de LED encendidos.
En realidad funciona así:
Hay 3 entradas: reloj, datos y pestillo. Cuando se han procesado 8 bits, se produce el enclavamiento y los datos se colocan en el registro. Porque nuestros microcircuitos están hechos en registros de desplazamiento, luego, para representar nuestro cubo una vez con diferentes bits de información, necesitamos escribir 1 byte (8 bits con el número de capas a las que se aplica voltaje), luego habrá datos vacíos, porque Para el quinto chip, los pines izquierdos no están conectados a nada. A continuación, escribimos 1 byte para cada una del grupo de ocho columnas. El bit correspondiente determinará qué columna debe iluminarse y, donde se cruza con la capa activada, el LED en su intersección debe recibir voltaje.
A continuación se muestra un diagrama de la hoja de datos del desarrollador como referencia general:
Cómo escribiremos 1 byte de datos:
CUBO vacío::send_data(char byte_to_send)( for(int i = 0; i< 8; i++){
if(byte_to_send & 0x01<
Tenga especial cuidado con la fuente de alimentación adicional (yo usé un adaptador de 12V 2A); para visualizar todas las capas, parece que la corriente es exactamente la misma que se necesita.
Todo el código fuente en forma de boceto para Arduino será